通過3D打印技術(shù)，科研人員開發(fā)出一種類似于藤曼的自生長(zhǎng)和自適應(yīng)仿生機(jī)器人

南極熊導(dǎo)讀：在面對(duì)探索非結(jié)構(gòu)化環(huán)境的任務(wù)時(shí)，傳統(tǒng)機(jī)器人可能會(huì)受到無法跨越未知障礙物的限制，比如無法穿越的間隙等。這就是自生長(zhǎng)軟體機(jī)器人發(fā)揮作用的地方，因?yàn)樗�可以像植物藤蔓一樣自由生長(zhǎng)。

△意大利理工學(xué)院的科研人員，開發(fā)出一種可以不斷生長(zhǎng)的軟體機(jī)器人FiloBot，它具有受攀爬植物啟發(fā)的自適應(yīng)能力

2024年1月19日，南極熊獲悉，意大利理工學(xué)院（Istituto Italiano di Tecnologia）的科研人員開發(fā)了一種能夠夠向著光源生長(zhǎng)的軟體機(jī)器人FiloBot。它生長(zhǎng)方式類似于攀緣植物的卷須，可以沿著物體表面生長(zhǎng)，并通過卷曲自身的部分來附著和支撐。

FiloBot通過將3D打印熱塑性塑料長(zhǎng)絲從基站的線軸拉入其頭部，實(shí)現(xiàn)了身體的逐步生長(zhǎng)。機(jī)器人的頂部具有圓錐形頭部，底部有一個(gè)電源/基站，中間是莖狀主體。隨著機(jī)器人的成長(zhǎng)，身體逐漸變得更長(zhǎng)。

△FiloBot的頭部工作原理示意圖

在這個(gè)過程中，細(xì)絲穿過頭部的加熱擠出機(jī)，而擠出機(jī)相對(duì)于主體緩慢旋轉(zhuǎn)。這種設(shè)計(jì)允許機(jī)器人在連續(xù)的熔融塑料卷繞層中3D打印自己的身體，而這些塑料在冷卻時(shí)會(huì)粘合在一起。

值得注意的是，身體并非以統(tǒng)一的方式打印。為了響應(yīng)頭部集成電子設(shè)備中的光傳感器、陀螺儀等，塑料的溫度、方向和沉積速度不斷變化。通過這種方式，F(xiàn)iloBot能夠控制其身體生長(zhǎng)的方向，始終朝著光的方向前進(jìn)，并遠(yuǎn)離地面。

△關(guān)于這項(xiàng)研究的論文已發(fā)表在《科學(xué)機(jī)器人》雜志上，題目為“一種不斷生長(zhǎng)的軟機(jī)器人，具有受攀爬植物啟發(fā)的自適應(yīng)行為，可在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中導(dǎo)航”（傳送門）

最重要的是，當(dāng)存在垂直支撐物時(shí)，機(jī)器人會(huì)自動(dòng)纏繞在它們周圍，就像藤蔓繞過棚架一樣。這樣，在不需要力量時(shí)，機(jī)器人可以花費(fèi)更少的時(shí)間和精力來培養(yǎng)強(qiáng)壯的身體。然而，當(dāng)檢測(cè)不到相鄰的支撐表面時(shí)，也就是當(dāng)頭部到達(dá)開放空間時(shí)，身體會(huì)變得僵硬而強(qiáng)壯，以支撐自己。

△FiloBot可以像植物一樣爬到樹上

自適應(yīng)3D打印機(jī)器人的未來前景

自主、自適應(yīng)機(jī)器人系統(tǒng)適用于不可預(yù)測(cè)、非結(jié)構(gòu)化的場(chǎng)景。這類機(jī)器人需要像攀緣植物一樣適應(yīng)各種障礙和環(huán)境變化，以完成任務(wù)。這種自適應(yīng)功能在監(jiān)測(cè)和伴隨救援行動(dòng)、測(cè)量危險(xiǎn)區(qū)域環(huán)境污染、以及探索未知和變化地形中引導(dǎo)路線等應(yīng)用中具有潛在價(jià)值。

團(tuán)隊(duì)通過為自主系統(tǒng)引入可移動(dòng)增材制造技術(shù)，并結(jié)合仿生行為策略，展望了未來機(jī)器人在非結(jié)構(gòu)化和動(dòng)態(tài)環(huán)境中的導(dǎo)航能力。他們借鑒攀緣植物的生長(zhǎng)策略，提出基于攀爬植物模型的軟機(jī)器人設(shè)計(jì)，相較于基于單一機(jī)制和功能的設(shè)計(jì)，能夠提供更多幫助。考慮攀緣植物生長(zhǎng)策略的多樣性和潛在發(fā)育特征，這為尋找改進(jìn)機(jī)器人功能的新方法提供了巨大的潛力。